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Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico.

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Presentazione sul tema: "Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico."— Transcript della presentazione:

1 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Fabrizio Baldini Carlo Enrico

2 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Contenuti Utilizzo di basi di dati in applicazioni orientate al Semantic Web Utilizzo di basi di dati in applicazioni orientate al Semantic Web Scenario Scenario Problematiche Problematiche Valutazione delle soluzioni Valutazione delle soluzioni Conclusioni e prospettive Conclusioni e prospettive Tesi di Laurea per il corso di Ingegneria Informatica, A. Matteini e T. Papi Semantic Web: analisi dei metodi e sperimentazione delle tecnologie Tesi di Laurea per il corso di Ingegneria Informatica, A. Matteini e T. Papi Semantic Web: analisi dei metodi e sperimentazione delle tecnologie

3 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Web attuale Web attuale le informazioni non hanno struttura semantica le informazioni non hanno struttura semantica la semantica è human understandable la semantica è human understandable le applicazioni possono comprendere solo la sintassi le applicazioni possono comprendere solo la sintassi Semantic Web Semantic Web associa alle risorse una struttura semantica associa alle risorse una struttura semantica caratterizza le risorse e le relazioni associandogli un significato particolare caratterizza le risorse e le relazioni associandogli un significato particolare Web vs Semantic Web

4 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Il Semantic Web Benefici relativi allo sviluppo di applicazioni orientate al Semantic Web Benefici relativi allo sviluppo di applicazioni orientate al Semantic Web Linformazione machine understandable Linformazione machine understandable Interscambio dati Interscambio dati Relazioni semantiche tra i contenuti Relazioni semantiche tra i contenuti Navigazioni tematiche e correlazioni dinamiche tra contenuti Navigazioni tematiche e correlazioni dinamiche tra contenuti Capacità di retrieval semantico dei contenuti Capacità di retrieval semantico dei contenuti Capacità di arricchire la base di conoscenza con conoscenza inferita Capacità di arricchire la base di conoscenza con conoscenza inferita

5 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Problematiche Cosa implica sviluppare una applicazione orientata al Semantic Web? Cosa implica sviluppare una applicazione orientata al Semantic Web? Linguaggi standardizzati Linguaggi standardizzati Carenza di strumenti di sviluppo e best practices relative Carenza di strumenti di sviluppo e best practices relative Basi di conoscenza prevalentemente relazionali Basi di conoscenza prevalentemente relazionali La struttura relazionale non è consistente con la struttura semantica di una base di conoscenza La struttura relazionale non è consistente con la struttura semantica di una base di conoscenza

6 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Semantic Web e Database Il Semantic Web non richiede necessariamente interazione con dB Il Semantic Web non richiede necessariamente interazione con dB i dati possono essere memorizzati in documenti RDF o OWL i dati possono essere memorizzati in documenti RDF o OWL I database sono la soluzione più diffusa per la gestione di basi di conoscenza persistenti I database sono la soluzione più diffusa per la gestione di basi di conoscenza persistenti risulta importante prevedere un riuso di strutture dati preesistenti risulta importante prevedere un riuso di strutture dati preesistenti

7 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Semantic Web e Database Problema di mismatch tra lorganizzazione semantica delle risorse e quella relazionale dei database Problema di mismatch tra lorganizzazione semantica delle risorse e quella relazionale dei database

8 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Semantic Web e Database Analisi delle soluzioni architetturali per: Analisi delle soluzioni architetturali per: rendere persistente su un database una base di conoscenza semantica rendere persistente su un database una base di conoscenza semantica consentire modalità di accesso semantico a database relazionali consentire modalità di accesso semantico a database relazionali Le soluzioni identificate ed implementate sono: Le soluzioni identificate ed implementate sono: database con schema semantico database con schema semantico modelli persistenti di Jena modelli persistenti di Jena D2RMap e D2RQ D2RMap e D2RQ

9 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione A: Database con schema semantico Usa un database relazionale con schema che emula la struttura di documenti RDF Usa un database relazionale con schema che emula la struttura di documenti RDF Svantaggi: Svantaggi: Non utilizza le tecnologie raccomandate dal W3C Non utilizza le tecnologie raccomandate dal W3C Non supporta interrogazioni RDQL (solo SQL) Non supporta interrogazioni RDQL (solo SQL)

10 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione B: Modelli di Jena ¹ Jena è un framework per lo sviluppo di applicazioni orientate al Web Semantico Jena è un framework per lo sviluppo di applicazioni orientate al Web Semantico Fornisce API per la creazione, gestione e interrogazione di documenti RDF Fornisce API per la creazione, gestione e interrogazione di documenti RDF Consente di gestire basi di conoscenza semantiche come modelli: Consente di gestire basi di conoscenza semantiche come modelli: in memoria in memoria persistenti (su dB) persistenti (su dB) [¹]

11 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione B: Modelli di Jena Vantaggi: Vantaggi: semplicità di gestione semplicità di gestione trasparenza nelle operazioni trasparenza nelle operazioni Svantaggi: Svantaggi: errori di ridondanza nel modello errori di ridondanza nel modello difficoltà di manipolazione del result set difficoltà di manipolazione del result set modello persistente di Jena APIAPIAPIAPI

12 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione C: D2Rmap e D2RQ¹ I dati esistenti sono memorizzati in database I dati esistenti sono memorizzati in database Necessità di tecniche che consentano: Necessità di tecniche che consentano: riutilizzo dei dati e delle strutture riutilizzo dei dati e delle strutture associazione di una struttura semantica associazione di una struttura semantica Tecniche di mapping disponibili: Tecniche di mapping disponibili: D2Rmap (batch) D2Rmap (batch) D2RQ (runtime) D2RQ (runtime) [¹] D2Rmap e D2RQ,

13 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione C1: D2Rmap Converte un database relazionale in una base di conoscenza semantica Converte un database relazionale in una base di conoscenza semantica utilizza una mappa per la conversione utilizza una mappa per la conversione genera un documento RDF a partire dai dati contenuti nel dB genera un documento RDF a partire dai dati contenuti nel dB Mappa

14 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione C2: D2RQ Permette di interrogare un database relazionale utilizzando il linguaggio RDQL Permette di interrogare un database relazionale utilizzando il linguaggio RDQL utilizza dinamicamente una mappa per laccesso semantico al contenuto del database utilizza dinamicamente una mappa per laccesso semantico al contenuto del database restituisce degli statement restituisce degli statement gestisce database relazionali come grafi RDF attraverso le API di Jena gestisce database relazionali come grafi RDF attraverso le API di Jena Mappa

15 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Riepilogo architetture Soluzione C1 Mapping D2RMap Soluzione C2 Mapping D2RQ Soluzione B Modello Persistente Jena Soluzione A Database relazionale con schema semantico APIAPI Mappa Mappa

16 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Sperimentazione delle diverse architetture per valutarne Sperimentazione delle diverse architetture per valutarne complessità di implementazione complessità di implementazione applicabilità (vincoli di legacy, compatibilità organizzativa) applicabilità (vincoli di legacy, compatibilità organizzativa) prestazioni prestazioni Applicazione relativa ad un contesto reale e con requisiti definiti Applicazione relativa ad un contesto reale e con requisiti definiti Sperimentazione architetture

17 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Contesto del SUAP Sportello unico per la gestione delle autorizzazioni necessarie alle imprese per la produzione di beni e servizi Sportello unico per la gestione delle autorizzazioni necessarie alle imprese per la produzione di beni e servizi La struttura del dB del SUAP è stata utilizzata come riferimento sia in fase di progettazione che in fase di sviluppo La struttura del dB del SUAP è stata utilizzata come riferimento sia in fase di progettazione che in fase di sviluppo

18 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Identificazione delle architetture possibili: Identificazione delle architetture possibili: Valutazione qualitativa e quantitativa Valutazione qualitativa e quantitativa Valutazione architetture (sem)

19 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Soluzione database con schema semantico Soluzione database con schema semantico Complessità implementativa limitata Complessità implementativa limitata Non utilizza gli strumenti del Semantic Web ma ne emula esclusivamente il funzionamento Non utilizza gli strumenti del Semantic Web ma ne emula esclusivamente il funzionamento Ostacola linteroperabilità dellapplicazione ? Ostacola linteroperabilità dellapplicazione ? Soluzione file RDF Soluzione file RDF Complessità implementativa più elevata rispetto alla prima soluzione Complessità implementativa più elevata rispetto alla prima soluzione Utilizza strumenti del Semantic Web Utilizza strumenti del Semantic Web Poca flessibilità data dal tipo di modello persistente (file system) Poca flessibilità data dal tipo di modello persistente (file system) Soluzioni Jena e D2R Soluzioni Jena e D2R Utilizzano appieno strumenti del Semantic Web Utilizzano appieno strumenti del Semantic Web Differiscono per complessità implementativa (gestione delle API di Jena + utilizzo di tools di mapping nel caso di D2R) Differiscono per complessità implementativa (gestione delle API di Jena + utilizzo di tools di mapping nel caso di D2R) Differiscono per prestazioni Differiscono per prestazioni Lutilizzo di strumneti di mapping risponde a vincoli di legacy Lutilizzo di strumneti di mapping risponde a vincoli di legacy Valutazione qualitativa

20 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Architetture software analizzate: Architetture software analizzate: modello persistente di Jena, D2RQ e documento RDF modello persistente di Jena, D2RQ e documento RDF Cosa ci aspettiamo? Cosa ci aspettiamo? tempi di risposta più elevati per la soluzione con D2RQ che prevede una funzione di mapping intermedia tempi di risposta più elevati per la soluzione con D2RQ che prevede una funzione di mapping intermedia Analisi del tempo di riposta delle query: Analisi del tempo di riposta delle query: con 8 query differenti, ognuna ripetuta per 50 volte, su KB contenenti e statements con 8 query differenti, ognuna ripetuta per 50 volte, su KB contenenti e statements Analisi del tempo di caricamento in memoria dei dati: Analisi del tempo di caricamento in memoria dei dati: ripetuto 30 volte per ogni architettura, su KB contenenti e statements ripetuto 30 volte per ogni architettura, su KB contenenti e statements Valutazione prestazioni

21 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze La soluzione con RDF comporta i tempi di esecuzioni migliori per le query ma molto elevati per il caricamento dei dati La soluzione con D2RQ comporta tempi di esecuzione mediamente migliori rispetto alla soluzione con Jena contrariamente alle aspettative! Valutazione prestazioni: risposta in msec

22 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Implementazione di una applicazione orientata al Semantic Web Implementazione di una applicazione orientata al Semantic Web Obiettivi: Obiettivi: analizzare i problemi implementativi in un contesto con requisiti definiti che non imponesse vincoli di legacy analizzare i problemi implementativi in un contesto con requisiti definiti che non imponesse vincoli di legacy utilizzare tecnologie di riferimento utilizzare tecnologie di riferimento Strumenti: Strumenti: API Jena API Jena Protégé Protégé Sviluppo di una applicazione

23 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Struttura MVC (persistent model, Jsp, Servlet) Struttura MVC (persistent model, Jsp, Servlet) Soluzione con modelli persitenti di Jena Soluzione con modelli persitenti di Jena Schema architetturale

24 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Implementazione di unapplicazione Web che offre uninterfaccia grafica per lesplorazione di una base di conoscenza semantica Implementazione di unapplicazione Web che offre uninterfaccia grafica per lesplorazione di una base di conoscenza semantica Funzionalità Funzionalità elaborare e formulare la query in base alla richiesta dellutente elaborare e formulare la query in base alla richiesta dellutente interrogare modelli, dopo averli importati in memoria interrogare modelli, dopo averli importati in memoria validare i contenuti validare i contenuti estrarre le informazioni dinteresse estrarre le informazioni dinteresse presentare le informazioni ricavate presentare le informazioni ricavate Barra di navigazione che si aggiorna in base al contenuto della pagina, machine understandable Barra di navigazione che si aggiorna in base al contenuto della pagina, machine understandable Esplorazione

25 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Web application per aggiornamento di una KB sulla base di unontologia predefinita Web application per aggiornamento di una KB sulla base di unontologia predefinita Requisiti: Requisiti: Conformità dai dati allontologia Conformità dai dati allontologia Implementazione: Implementazione: sono stati implementati i metodi sono stati implementati i metodi per gestire la creazione del modulo di inserimento dati a partire dallontologia per gestire la creazione del modulo di inserimento dati a partire dallontologia per validare ed inserire effettivamente i dati immessi dallutente per validare ed inserire effettivamente i dati immessi dallutente Modulo che viene creato in funzione dellontologia Modulo che viene creato in funzione dellontologia Transazioni

26 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Conclusioni Abbiamo individuato e sperimentato architetture software che permettono lo sviluppo di applicazioni di Web Semantico su basi di conoscenza di dimensioni e caratteristiche realistiche Abbiamo individuato e sperimentato architetture software che permettono lo sviluppo di applicazioni di Web Semantico su basi di conoscenza di dimensioni e caratteristiche realistiche La convenienza delle varie implementazioni dipende dai vincoli di legacy e dalla organizzazione del processo di alimentazione della base di conoscenza La convenienza delle varie implementazioni dipende dai vincoli di legacy e dalla organizzazione del processo di alimentazione della base di conoscenza Il limite di prestazione non sembra costituire un ostacolo alla applicazione a contesti realistici Il limite di prestazione non sembra costituire un ostacolo alla applicazione a contesti realistici

27 Fabrizio Baldini, Carlo Torniai, Enrico Vicario Uso di basi di conoscenza relazionali in applicazioni di Web Semantico Le Ontologie in Campo Umanistico Archeologia, Architettura e Beni Culturali - Firenze 27 Gennaio 2006 Dipartimento di Sistemi e Informatica Univsrsità di Firenze Prosepettive Applicazione alla creazione di portali di supporto alla aggregazione e cooperazione nello sviluppo di basi di conoscenza Applicazione alla creazione di portali di supporto alla aggregazione e cooperazione nello sviluppo di basi di conoscenza Capacità di adattamento allevoluzione del modello ontologico Capacità di adattamento allevoluzione del modello ontologico Qualità dellinformazione Qualità dellinformazione Fattori umani e organizzativi Fattori umani e organizzativi La filosofia del Semantic Web e lutilizzo di ontologie ha preso piede non solamente per la descrizioni di contenuti Web La filosofia del Semantic Web e lutilizzo di ontologie ha preso piede non solamente per la descrizioni di contenuti Web annotazione e retrieval di contenuti multimediali annotazione e retrieval di contenuti multimediali descrizione semantica di immagini, video, ecc. descrizione semantica di immagini, video, ecc. La combinazione di contenuti descritti e correlati semanticamente può portare alla realizzazione di applicazioni fortemente interattive e con alto livello di usabilità La combinazione di contenuti descritti e correlati semanticamente può portare alla realizzazione di applicazioni fortemente interattive e con alto livello di usabilità


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